题目内容

(本小题满分12分)如图,圆柱的轴截面ABCD是正方形,点E在底面圆周上,点F在DE上,且AF⊥DE,若圆柱的侧面积与△ABE的面积之比等于4π.

(Ⅰ)求证:AF⊥BD;(Ⅱ)求二面角A―BD―E的正弦值.

(Ⅰ) 见解析   (Ⅱ)   


解析:

(Ⅰ)因为AD⊥平面ABE,所以 AD⊥BE.  (1分)

又AE⊥BE,AD∩AE=A,所以BE⊥平面ADE.

(2分)因为AF平面ADE,所以BE⊥AF.      (3分)

又AF⊥DE,所以AF⊥平面BDE,故AF⊥BD.                                  (4分)

(Ⅱ)取BD的中点M,连结AM,FM.

因为AB=AD,则AM⊥BD.因为AF⊥平面BDE,则AF⊥BD.

所以BD⊥平面AFM,从而FM⊥BD,所以∠AMF为二面角A―BD―E的平面角.    (6分)

过点E作EO⊥AB,垂足为O.

设圆柱的底半径为r,因为圆柱的轴截面ABCD是正方形,

则圆柱的母线长为2r,所以其侧面积为

又△ABE的面积为.

由已知,,则OE=r,

所以点O为圆柱底面圆的圆心.                                                 (8分)

在Rt△AOE中,.

在Rt△DAE中,.       (10分)

,在Rt△AFM中,.

故二面角A―BD―E的正弦值为.  (12分)

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